Maapallo on olemassaolonsa alusta lähtien ollut alttiina auringon ja kosmoksen sähkömagneettiselle säteilylle. Tämän vaikutuksen aikana magnetosfäärissä ja maapallon ilmakehässä tapahtuu monimutkaisia, toisiinsa liittyviä ilmiöitä, jotka vaikuttavat suoraan biosfäärin eläviin organismeihin ja ympäristöön.
Evoluutioprosessissa elävät organismit ovat sopeutuneet EMF:n luonnolliseen taustaan. Tieteen ja tekniikan kehityksen seurauksena Maan sähkömagneettinen tausta ei kuitenkaan tällä hetkellä vain kasva, vaan myös laadullisesti muuttuu. Sellaisia aallonpituisia sähkömagneettisia säteilyjä on ilmaantunut, jotka ovat keinotekoista alkuperää ihmisen toiminnan seurauksena.
Tärkeimmät ihmisperäistä EMF-lähteet ovat televisio- ja tutka-asemat, tehokkaat radiotekniikan laitteet, teollisuuden teknologiset laitteet, teollisuuden taajuudet korkeajännitteiset voimajohdot, lämpöliikkeet, plasma-, laser- ja röntgenlaitteistot, ydin- ja ydinreaktorit.
Joidenkin teknogeenisten EMF-lähteiden spektrin intensiteetti voi poiketa merkittävästi evoluutionaalisesti muodostuneesta luonnollisesta sähkömagneettisesta taustasta, johon ihmiset ja muut elävät organismit ovat tottuneet.
Elektromagneettinen kenttä on kahden toisiinsa liittyvän kentän yhdistelmä: sähköinen ja magneettinen .
Sähkökentän ominaispiirre on, että se vaikuttaa sähkövaraukseen (varautuneeseen hiukkaseen) voimalla, joka ei riipu varauksen nopeudesta.
Magneettikentän (MF) ominaispiirre on, että se vaikuttaa liikkuviin sähkövarauksiin voimilla, jotka ovat verrannollisia varausten nopeuksiin ja suunnattu kohtisuoraan näihin nopeuksiin nähden.
elektromagneettiset aallot kutsutaan avaruudessa etenevän sähkömagneettisen kentän (eli vaihtuvan sähkömagneettisen kentän) häiriöiksi.
Sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus tyhjiössä on sama kuin valon nopeus tyhjiössä.
Sähkömagneettisen säteilyn spektri, jonka ihmiskunta hallitsee tällä hetkellä, näyttää olevan epätavallisen laaja: useista tuhansista metristä 10-12 cm:iin.
Nykyään tiedetään, että radioaallot, valo, infrapuna- ja ultraviolettisäteily, röntgensäteet ja g-säteily ovat kaikki saman sähkömagneettisen luonteen aaltoja, jotka eroavat toisistaan aallonpituudeltaan l. Sähkömagneettisessa spektrissä on tiettyjä alueita, joilla aaltojen synnyttäminen ja rekisteröinti on vaikeaa. Spektrin pitkän aallonpituuden ja lyhyen aallonpituuden päitä ei ole määritelty kovin tarkasti. Sähkömagneettisen säteilyn asteikko on esitetty kuvassa. 7.1.
No. 1 - 11 - Kansainvälisen radioviestinnän neuvoa-antavan komitean (CCIR) perustamat osakaistat. Tämän komitean päätöksellä osakaistat 5-11 viittaavat radioaalloille. CCIR:n määräysten mukaan aallot, joiden taajuudet ovat 3-30 GHz, on määritetty mikroaaltoalueelle. Se on kuitenkin historiallisesti kehittynyt mikroaaltoalueella ymmärtämään värähtelyjä, joiden aallonpituus on 1 m - 1 mm. Alaalueet nro 1 - 4 kuvaavat teollisuustaajuuksien sähkömagneettisia kenttiä.
Radiofysiikan, optiikan ja kvanttielektroniikan optisella alueella ymmärretään aallonpituusalue noin submillimetristä kaukaa ultraviolettisäteilyyn. Näkyvä alue on pieni osa optista aluetta. Ultraviolettisäteilyn, röntgensäteilyn, g-säteilyn siirtymien rajat eivät ole täsmälleen kiinteitä, mutta ne vastaavat suunnilleen kaaviossa ilmoitettuja arvoja l ja n; g-säteily siirtyy erittäin korkean energian säteilyksi, jota kutsutaan kosmisiksi säteiksi.
Yleisestä sähkömagneettisesta luonteesta huolimatta mikä tahansa sähkömagneettisten värähtelyjen alueista erottuu sen tuottamisesta ja mittaustekniikasta.
Ilmoitettu erillisessä artikkelissa;
Aineen läpinäkyvyys gammasäteille, toisin kuin näkyvä valo, ei riipu aineen kemiallisesta muodosta ja aggregaatiotilasta, vaan pääasiassa aineen muodostavien ytimien varauksesta ja gammasäteiden energiasta. Siksi ainekerroksen absorptiokykyä gamma-kvanteille ensimmäisessä approksimaatiossa voidaan karakterisoida sen pintatiheydellä (g/cm²). Pitkään uskottiin, että peilien ja linssien luominen γ-säteille on mahdotonta, mutta viimeisimmän alan tutkimuksen mukaan γ-säteiden taittuminen on mahdollista. Tämä löytö tarkoittaa kenties uuden optiikkahaaran - γ-optiikan - luomista.
Gammasäteilylle ei ole jyrkkää alarajaa, mutta yleensä uskotaan, että gamma-kvantit emittoivat ydin ja röntgenkvantit atomin elektronikuori (tämä on vain terminologinen ero, joka ei vaikuta säteilyn fysikaaliset ominaisuudet).
röntgensäteilyä
- 0,1 nm = 1 Å (12 400 eV) - 0,01 nm = 0,1 Å (124 000 eV) - kovat röntgenkuvat. Lähteet: jotkut ydinreaktiot, katodisädeputket.
- 10 nm (124 eV) - 0,1 nm = 1 Å (12 400 eV) - pehmeät röntgenkuvat. Lähteet: katodisädeputket, plasmalämpösäteily.
Röntgenkvantit säteilevät pääasiassa raskaiden atomien elektronikuoressa olevien elektronien siirtymien aikana matalalla sijaitseville kiertoradoille. Avoimet paikat matalalla kiertoradalla syntyvät yleensä elektronien törmäyksestä. Tällä tavalla valmistetuilla röntgensäteillä on viivaspektri, jonka taajuudet ovat ominaisia tietylle atomille (katso ominaissäteily); tämä mahdollistaa erityisesti aineiden koostumuksen tutkimisen (röntgenfluoresenssianalyysi). Lämpö-, bremsstrahlung- ja synkrotronisäteilyllä on jatkuva spektri.
Röntgensäteissä havaitaan diffraktiota kidehiloissa, koska sähkömagneettisten aaltojen aallonpituudet näillä taajuuksilla ovat lähellä kidehilojen jaksoja. Röntgendiffraktioanalyysimenetelmä perustuu tähän.
Ultraviolettisäteily
Alue: 400 nm (3,10 eV) - 10 nm (124 eV)
| Nimi | Lyhenne | Aallonpituus nanometreinä | Energian määrä fotonia kohden |
|---|---|---|---|
| Lähellä | NUV | 400 - 300 | 3,10 - 4,13 eV |
| Keskiverto | MUV | 300 - 200 | 4,13 - 6,20 eV |
| Edelleen | FUV | 200 - 122 | 6,20 - 10,2 eV |
| Äärimmäistä | EUV, XUV | 121 - 10 | 10,2 - 124 eV |
| Tyhjiö | VUV | 200 - 10 | 6,20 - 124 eV |
| Ultravioletti A, pitkä aallonpituus, musta valo | UVA | 400 - 315 | 3,10 - 3,94 eV |
| Ultravioletti B (keskipituusalue) | UVB | 315 - 280 | 3,94 - 4,43 eV |
| Ultravioletti C, lyhytaalto, bakteereja tappava alue | UVC | 280 - 100 | 4,43 - 12,4 eV |
optinen säteily
Optisen alueen säteily (näkyvä valo ja lähellä infrapunaa [ ]) kulkee vapaasti ilmakehän läpi, heijastuu helposti ja taittuu optisissa järjestelmissä. Lähteet: lämpösäteily (mukaan lukien aurinko), fluoresenssi, kemialliset reaktiot, LEDit.
Näkyvän säteilyn värejä, jotka vastaavat monokromaattista säteilyä, kutsutaan spektraaleiksi. Spektri ja spektrivärit voidaan nähdä, kun kapea valonsäde kulkee prisman tai muun taittoväliaineen läpi. Perinteisesti näkyvä spektri on jaettu vuorostaan värialueisiin:
| Väri | Aallonpituusalue, nm | Taajuusalue, THz | Fotonien energia-alue, eV |
|---|---|---|---|
| Violetti | 380-440 | 790-680 | 2,82-3,26 |
| Sininen | 440-485 | 680-620 | 2,56-2,82 |
| Sininen | 485-500 | 620-600 | 2,48-2,56 |
| Vihreä | 500-565 | 600-530 | 2,19-2,48 |
| Keltainen | 565-590 | 530-510 | 2,10-2,19 |
| Oranssi | 590-625 | 510-480 | 1,98-2,10 |
| Punainen | 625-740 | 480-405 | 1,68-1,98 |
Lähi-infrapunasäteily kattaa alueen 207 THz (0,857 eV) - 405 THz (1,68 eV). Ylärajan määrää ihmissilmän kyky havaita punaista, mikä vaihtelee henkilöstä toiseen. Pääsääntöisesti lähi-infrapunasäteilyn läpinäkyvyys vastaa näkyvän valon läpinäkyvyyttä.
Infrapunasäteily
Infrapunasäteily sijaitsee näkyvän valon ja terahertsisäteilyn välissä. Alue: 2000 µm (150 GHz) - 740 nm (405 THz).
Aineen läpinäkyvyys gammasäteille, toisin kuin näkyvä valo, ei riipu aineen kemiallisesta muodosta ja aggregaatiotilasta, vaan pääasiassa aineen muodostavien ytimien varauksesta ja gammasäteiden energiasta. Siksi ainekerroksen absorbointikykyä gamma-kvanteille ensimmäisessä approksimaatiossa voidaan luonnehtia sen pintatiheydellä (g / cm?). Peilejä ja linssejä γ-säteille ei ole olemassa.
Gammasäteilylle ei ole jyrkkää alarajaa, mutta yleensä uskotaan, että gamma-kvantit emittoivat ydin ja röntgenkvantit atomin elektronikuori (tämä on vain terminologinen ero, joka ei vaikuta säteilyn fysikaaliset ominaisuudet).
2.2. röntgensäteilyä
Röntgenkvantit säteilevät pääasiassa raskaiden atomien elektronikuoressa olevien elektronien siirtymissä alemmille kiertoradoille. Tyhjät työpaikat matalilla kiertoradoilla syntyvät yleensä elektronien törmäyksestä. Tällä tavalla valmistetuilla röntgensäteillä on viivaspektri tietylle atomille ominaisilla taajuuksilla (katso tunnusomaiset röntgensäteet), mikä mahdollistaa erityisesti aineiden koostumuksen tutkimisen (röntgenfluoresenssianalyysi). Lämpö-, bremsstrahlung- ja synkrotronisäteilyllä on jatkuva spektri.
Röntgensäteissä havaitaan diffraktiota kidehiloissa, koska sähkömagneettisten aaltojen aallonpituudet näillä taajuuksilla ovat lähellä kidehilojen jaksoja. Röntgendiffraktioanalyysimenetelmä perustuu tähän.
2.3. Ultraviolettisäteily
Alue: 400 nm (3,10 eV) - 10 nm (124 eV)
| Nimi | Lyhenne | Aallonpituus nanometreinä | Energian määrä fotonia kohden |
|---|---|---|---|
| Lähellä | NUV | 400 - 300 | 3,10 - 4,13 eV |
| Keskiverto | MUV | 300 - 200 | 4,13 - 6,20 eV |
| Edelleen | FUV | 200 - 122 | 6,20 - 10,2 eV |
| Äärimmäistä | EUV, XUV | 121 - 10 | 10,2 - 124 eV |
| Tyhjiö | VUV | 200 - 10 | 6,20 - 124 eV |
| Ultravioletti A, pitkä aallonpituus, musta valo | UVA | 400 - 315 | 3,10 - 3,94 eV |
| Ultravioletti B (keskipituusalue) | UVB | 315 - 280 | 3,94 - 4,43 eV |
| Ultravioletti C, lyhytaalto, bakteereja tappava alue | UVC | 280 - 100 | 4,43 - 12,4 eV |
2.4. optinen säteily
Optisella alueella oleva säteily (näkyvä valo ja lähi-infrapunasäteily) kulkee vapaasti ilmakehän läpi, heijastuu ja taittuu helposti optisissa järjestelmissä. Lähteet: lämpösäteily (mukaan lukien aurinko), fluoresenssi, kemialliset reaktiot, LEDit.
Toisin kuin optisella alueella, spektrin tutkimusta radioalueella ei suoriteta aaltojen fyysisellä erotuksella, vaan signaalinkäsittelymenetelmillä.
Sähkömagneettinen spektri on sarja sähkömagneettisen säteilyn muotoja, jotka on järjestetty niiden taajuuksien tai aallonpituuksien suuruusjärjestykseen (kuva 4).
Kuva 4 - Sähkömagneettisen säteilyn spektri
Sähkömagneettinen säteily (sähkömagneettiset aallot) on avaruudessa leviävien sähkö- ja magneettikenttien häiriötä.
Sähkömagneettisen säteilyn alueet
- 1 Radioaallot
- 2. Infrapuna (lämpö)
- 3. Näkyvä säteily (optinen)
- 4. Ultraviolettisäteily
- 5. Kova säteily
Sähkömagneettisen säteilyn pääominaisuuksiksi katsotaan taajuus ja aallonpituus. Aallonpituus riippuu säteilyn etenemisnopeudesta. Sähkömagneettisen säteilyn etenemisnopeus tyhjiössä on yhtä suuri kuin valon nopeus, muissa väliaineissa tämä nopeus on pienempi.
Sähkömagneettisten aaltojen piirteitä värähtelyteorian ja sähködynamiikan käsitteiden kannalta ovat kolmen keskenään kohtisuoran vektorin: aaltovektorin, sähkökentän voimakkuusvektorin E ja magneettikentän voimakkuusvektorin H läsnäolo.
Sähkömagneettiset aallot ovat poikittaisia aaltoja (leikkausaaltoja), joissa sähkö- ja magneettikentän voimakkuusvektorit värähtelevät kohtisuorassa aallon etenemissuuntaa vastaan, mutta eroavat merkittävästi vedessä olevista aalloista ja äänestä siinä, että ne voivat siirtyä lähteestä. vastaanottimeen kyseisessä numerossa ja tyhjiön kautta.
Kaikille säteilytyypeille yhteistä on niiden etenemisnopeus tyhjiössä, joka on 300 000 000 metriä sekunnissa.
Sähkömagneettiselle säteilylle on tunnusomaista värähtelyjen taajuus, joka osoittaa täydellisten värähtelyjaksojen lukumäärän sekunnissa, tai aallonpituudella, ts. etäisyys, jolla säteily etenee yhden värähtelyn aikana (yhden värähtelyjakson aikana).
Värähtelytaajuus (f), aallonpituus (l) ja säteilyn etenemisnopeus (c) liittyvät toisiinsa suhteella:
Sähkömagneettinen säteily jaetaan yleensä taajuusalueisiin. Alueiden välillä ei ole teräviä siirtymiä, ne menevät joskus päällekkäin, ja niiden väliset rajat ovat ehdollisia. Koska säteilyn etenemisnopeus on vakio, sen värähtelyjen taajuus on tiukasti suhteessa aallonpituuteen tyhjiössä.
Ultralyhyet radioaallot jaetaan yleensä metriin, desimetriin, senttimetriin, millimetriin ja submillimetriin tai mikrometriin. Aaltoja, joiden pituus l on alle 1 m (taajuus yli 300 MHz), kutsutaan yleisesti myös mikroaaltoiksi tai mikroaaltoiksi.
Infrapunasäteily on sähkömagneettista säteilyä, joka sijaitsee näkyvän valon punaisen pään (aallonpituus 0,74 mikronia) ja mikroaaltosäteilyn (1-2 mm) välillä.
Infrapunasäteily vie suurimman osan optisesta spektristä. Infrapunasäteilyä kutsutaan myös "lämpösäteilyksi", koska kaikki kappaleet, kiinteät ja nestemäiset, kuumennettuina tiettyyn lämpötilaan, säteilevät energiaa infrapunaspektrissä. Tässä tapauksessa kehon lähettämät aallonpituudet riippuvat lämmityslämpötilasta: mitä korkeampi lämpötila, sitä lyhyempi aallonpituus ja sitä suurempi säteilyn intensiteetti. Täysin mustan kappaleen säteilyspektri suhteellisen matalissa (jopa useiden tuhansien kelvinien) lämpötiloissa on pääosin tällä alueella.
Näkyvä valo on yhdistelmä seitsemää pääväriä: punainen, oranssi, keltainen, vihreä, syaani, indigo ja violetti. Ennen spektrin punaisia alueita optisella alueella ovat infrapuna ja violetin takana ultravioletti. Mutta ei infrapuna tai ultravioletti eivät näy ihmissilmälle.
Näkyvä, infrapuna- ja ultraviolettisäteily muodostavat niin sanotun optisen alueen sanan laajimmassa merkityksessä. Tunnetuin optisen säteilyn lähde on aurinko. Sen pinta (fotosfääri) kuumennetaan 6000 asteen lämpötilaan ja loistaa kirkkaankeltaisella valolla. Tämä sähkömagneettisen säteilyn spektrin osa havaitaan suoraan aisteillamme.
Optisen alueen säteilyä syntyy, kun kappaleita kuumennetaan (infrapunasäteilyä kutsutaan myös lämpösäteilyksi) atomien ja molekyylien lämpöliikkeen vuoksi. Mitä kuumempi keho on, sitä korkeampi sen säteilytaajuus. Tietyllä lämmityksellä vartalo alkaa hehkua näkyvällä alueella (hehku), ensin punaisena, sitten keltaisena ja niin edelleen. Toisaalta optisen spektrin säteilyllä on lämpövaikutus kappaleisiin.
Lämpösäteilyn lisäksi kemialliset ja biologiset reaktiot voivat toimia optisen säteilyn lähteenä ja vastaanottajana. Valokuvauksessa käytetään yhtä tunnetuimmista kemiallisista reaktioista, joka on optisen säteilyn vastaanottaja.
Kovat palkit. Röntgen- ja gammasäteilyn alueiden rajat voidaan määrittää vain hyvin ehdollisesti. Yleisenä suuntauksena voidaan olettaa, että röntgenkvanttien energia on alueella 20 eV - 0,1 MeV ja gamma-kvanttien energia on yli 0,1 MeV.
Ultraviolettisäteily (ultravioletti, UV, UV) - sähkömagneettinen säteily, joka sijaitsee näkyvän ja röntgensäteilyn välillä (380 - 10 nm, 7,9x1014 - 3x1016 Hz). Alue on ehdollisesti jaettu lähi- (380-200 nm) ja kauko- tai tyhjiö- (200-10 nm) ultraviolettiin, jälkimmäinen on saanut nimensä, koska se imeytyy intensiivisesti ilmakehään ja sitä tutkitaan vain tyhjiölaitteella.
Pitkäaaltoisella ultraviolettisäteilyllä on suhteellisen vähän fotobiologista aktiivisuutta, mutta se voi aiheuttaa ihon pigmentoitumista ja vaikuttaa myönteisesti kehoon. Tämän alaalueen säteily pystyy aiheuttamaan tiettyjen aineiden luminesenssia, joten sitä käytetään tuotteiden kemiallisen koostumuksen luminesenssianalyysiin.
Keskiaaltoisella ultraviolettisäteilyllä on tonisoiva ja terapeuttinen vaikutus eläviin organismeihin. Se pystyy aiheuttamaan punoitusta ja auringonpolttamaa, muuttamaan kasvuun ja kehitykseen tarvittavan D-vitamiinin assimiloituvaan muotoon eläinten kehossa, ja sillä on voimakas rakiitin vastainen vaikutus. Tämän alaalueen säteily on haitallista useimmille kasveille.
Lyhytaaltoisella ultraviolettikäsittelyllä on bakterisidinen vaikutus, joten sitä käytetään laajalti veden ja ilman desinfiointiin, erilaisten laitteiden ja välineiden desinfiointiin ja sterilointiin.
Pääasiallinen luonnollinen ultraviolettisäteilyn lähde maapallolla on aurinko. UV-A:n ja UV-B:n säteilyintensiteetin suhde, maan pinnalle pääsevien ultraviolettisäteiden kokonaismäärä, riippuu useista tekijöistä.
Keinotekoiset ultraviolettisäteilyn lähteet ovat erilaisia. Nykyään keinotekoisia ultraviolettisäteilyn lähteitä käytetään laajalti lääketieteessä, ennaltaehkäisy-, terveys- ja hygienialaitoksissa, maataloudessa jne. tarjotaan huomattavasti suuremmat mahdollisuudet kuin käytettäessä luonnollista ultraviolettisäteilyä.
Fyysikko Roentgen löysi vielä lyhyemmän aallonpituuden säteilyn. Kaksi kertaa ajattelematta nämä säteet nimettiin Röntgenin mukaan. Hyvällä läpäisevyydellä röntgensäteilyä on käytetty lääketieteessä ja kristallografiassa. Kuten olet luultavasti kuullut, röntgensäteet ovat jälleen haitallisia eläville organismeille. Eikä Maan ilmakehä heidän juuri mainitun näkemyksensä vuoksi ole heille esteenä. Meidät pelastaa maan magnetosfääri. Se viivyttää monia vaarallisia avaruuden säteilyjä. Röntgensäteiden aallonpituudet ovat 0,1 A ja 100 A välillä.
Gammasäteillä on lyhyimmät aallonpituudet (alle 0,1 A). Tämä on vaarallisin radioaktiivisuuden laji, vaarallisin sähkömagneettinen säteily. Gammasäteiden fotonienergia on erittäin korkea, ja niiden emissio tapahtuu joissakin atomiytimien sisällä tapahtuvissa prosesseissa. Esimerkki tällaisesta prosessista voi olla annihilaatio - hiukkasen ja antihiukkasen keskinäinen tuhoaminen niiden massan muuttamisella energiaksi. Tähtitieteilijät eivät ole vielä selittäneet taivaalla ajoittain rekisteröityjä salaperäisiä gammasäteilyä. On selvää, että välähdyksen tuottavan ilmiön energia on yksinkertaisesti valtava. Joidenkin arvioiden mukaan sekunteina, jotka tällainen salama kestää, se säteilee enemmän energiaa kuin muu maailmankaikkeus. Gammasäteily ei välity Maahan sen magnetosfäärin kautta.
Sähkömagneettista säteilyä on useita eri tyyppejä radioaalloista gammasäteisiin. Kaikentyyppiset sähkömagneettiset säteet kulkevat tyhjiössä valon nopeudella ja eroavat toisistaan vain aallonpituuksiensa osalta.
1859 spektroskopia
1864 Maxwellin yhtälöt
1864 SPEKTRI
ELEKTROMAGNEETTINEN SÄTEILY
1900 säteilyä
musta runko
Maxwellin yhtälöiden ilmestymisen jälkeen kävi selväksi, että ne ennustavat tieteelle tuntemattoman luonnonilmiön olemassaolon - poikittaiset sähkömagneettiset aallot, jotka ovat toisiinsa kytkettyjen sähkö- ja magneettikenttien värähtelyjä, jotka etenevät avaruudessa valon nopeudella. James Clark Maxwell itse oli ensimmäinen, joka huomautti tiedeyhteisölle tämän johdetun yhtälöjärjestelmän johdosta. Tässä taitteessa sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus tyhjiössä osoittautui niin tärkeäksi ja perustavanlaatuiseksi universaaliksi vakioksi, että se merkittiin erillisellä kirjaimella c, toisin kuin kaikki muut nopeudet, joita yleensä merkitään kirjaimella v.
Tehtyään tämän löydön Maxwell päätti välittömästi, että näkyvä valo on "vain" erilaisia sähkömagneettisia aaltoja. Siihen mennessä valon aallonpituudet spektrin näkyvässä osassa olivat tiedossa - 400 nm:stä (violetti säteet) 800 nm:iin (punaiset säteet). (Nanometri on metrin miljardisosaa vastaava pituusyksikkö, jota käytetään pääasiassa atomi- ja sädefysiikassa; 1 nm = 10 -9 m.) Eri aallonpituudet vastaavat kaikkia sateenkaaren värejä, jotka sijaitsevat juuri näiden sisällä. kapeat rajat. Maxwellin yhtälöt eivät kuitenkaan sisältäneet rajoituksia mahdolliselle sähkömagneettisten aallonpituuksien alueelle. Kun kävi selväksi, että hyvin eripituisia sähkömagneettisia aaltoja täytyy olla, itse asiassa heti esitettiin vertailu siitä, että ihmissilmä erottaa niiden pituuksista ja taajuuksista niin kapean kaistan: ihmistä verrattiin kuuntelijaan. sinfoniakonsertti, jonka kuulo pystyy poimimaan vain viuluosan, ei erottele kaikkia muita ääniä.
Pian sen jälkeen, kun Maxwell ennusti sähkömagneettisten aaltojen olemassaolosta muilla spektrin alueilla, seurasi joukko löytöjä, jotka vahvistivat hänen paikkansa. Saksalainen fyysikko Heinrich Hertz (1857-1894) löysi radioaallot ensimmäisenä vuonna 1888. Ainoa ero radioaaltojen ja valon välillä on se, että radioaaltojen pituus voi vaihdella muutamasta desimetristä tuhansiin kilometreihin. Maxwellin teorian mukaan sähkömagneettisten aaltojen syy on sähkövarausten kiihtynyt liike. Vaihtuvan sähköjännitteen vaikutuksesta radiolähettimen antennissa olevat elektronien värähtelyt synnyttävät sähkömagneettisia aaltoja, jotka etenevät maan ilmakehässä. Kaikki muut sähkömagneettiset aallot syntyvät myös sähkövarausten erityyppisten kiihtyneiden liikkeiden seurauksena.
Kuten valoaallot, radioaallot voivat kulkea pitkiä matkoja maan ilmakehän läpi käytännössä ilman häviötä, mikä tekee niistä hyödyllisimpiä koodatun tiedon välittäjiä. Jo vuoden 1894 alussa - hieman yli viisi vuotta radioaaltojen löytämisen jälkeen - italialainen fyysikko Gul-elmo Marconi (1874-1937) suunnitteli
10" 10" 10* 10" 1
10 10* 10*
1SG 5 10* 10"" 10^ 10*
- 10"" röntgen
säteet - 10 -i*
- 10""
- 10"
- 1(G"
- 1<Г"
gammasäteet
Sähkömagneettiset aallot muodostavat jatkuvan aallonpituuksien ja energioiden (taajuuksien) spektrin, joka on jaettu ehdollisiin alueisiin - radioaalloista gammasäteisiin
ensimmäinen toimiva langaton lennätin - modernin radion prototyyppi - josta hänelle myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 1909.
Sen jälkeen kun Maxwellin yhtälöillä ennustettu sähkömagneettisten aaltojen olemassaolo näkyvän spektrin ulkopuolella vahvistettiin ensin kokeellisesti, spektrin jäljellä olevat kapeat täyttyivät hyvin nopeasti. Nykyään löydetään poikkeuksetta kaikentasoisia sähkömagneettisia aaltoja, ja lähes kaikki niistä löytävät laajan ja hyödyllisen sovelluksen tieteessä ja tekniikassa. Aaltojen taajuudet ja vastaavien sähkömagneettisen säteilyn kvanttien (katso pylväsvakio) energiat kasvavat aallonpituuden pienentyessä. Kaikkien sähkömagneettisten aaltojen kokonaisuus muodostaa niin sanotun jatkuvan sähkömagneettisen säteilyn spektrin. Se on jaettu seuraaviin alueisiin (taajuuden lisääntymisen ja aallonpituuden pienenemisen järjestyksessä):
radioaallot
Kuten jo todettiin, radioaaltojen pituus voi vaihdella merkittävästi - muutamasta senttimetreistä satoihin ja jopa tuhansiin kilometreihin, mikä on verrattavissa maapallon säteeseen (noin 6400 km). Kaikkien radiotaajuuksien aaltoja käytetään laajalti tekniikassa - desimetri- ja ultralyhyitä metriaaltoja käytetään televisio- ja radiolähetyksiin taajuusmoduloiduissa ultralyhyissä aalloissa (VHF / BYU), mikä tarjoaa korkealaatuisen signaalin vastaanoton suoran aallon etenemisalueella. Metri- ja kilometrialueen radioaaltoja käytetään lähetykseen ja radioviestintään pitkien etäisyyksien päähän amplitudimodulaatiolla (AM), joka, vaikkakin signaalin laadun kustannuksella, varmistaa sen lähetyksen mielivaltaisen pitkiä matkoja maan sisällä heijastuksen vuoksi. aallot planeetan ionosfääristä. Nykyään tämän tyyppisestä viestinnästä on kuitenkin tulossa menneisyyttä satelliittiviestinnän kehityksen vuoksi. Desimetrialueen aallot eivät voi kiertää maapallon horisonttia kuin metriaallot, mikä rajoittaa vastaanottoalueen suoralle etenemisalueelle, joka vaihtelee antennin korkeudesta ja lähettimen tehosta riippuen useista useisiin kymmeniin kilometreihin. . Ja tässä apuun tulevat satelliittitoistimet, jotka ottavat radioaaltoheijastimien roolin, joita ionosfääri esittää suhteessa metriaaltoon.
Mikroaaltouuni
Mikroaalto- ja radioaallot mikroaaltoalueella (SHF) ovat pituudeltaan 300 mm - 1 mm. Senttimetriaallot, kuten desimetri- ja metriradioaallot, eivät käytännössä imeydy ilmakehään, ja siksi niitä käytetään laajalti satelliiteissa.
kovoy ja matkapuhelinviestintä ja muut tietoliikennejärjestelmät. Tyypillisen satelliittiantennin koko vastaa vain useita tällaisten aaltojen aallonpituuksia.
Lyhyemmillä mikroaalloilla on myös monia sovelluksia teollisuudessa ja kotona. Riittää, kun mainitaan mikroaaltouunit, jotka nykyään on varustettu sekä teollisilla leipomoilla että kotikeittiöillä. Mikroaaltouunin toiminta perustuu elektronien nopeaan pyörimiseen laitteessa, jota kutsutaan klystroniksi. Tämän seurauksena elektronit lähettävät tietyn taajuuden sähkömagneettisia mikroaaltoja, joilla vesimolekyylit absorboivat ne helposti. Kun laitat ruokaa mikroaaltouuniin, ruuan vesimolekyylit imevät mikroaaltojen energiaa, liikkuvat nopeammin ja siten lämmittävät ruoan. Toisin sanoen, toisin kuin perinteinen uuni tai uuni, jossa ruoka lämmitetään ulkopuolelta, mikroaaltouuni lämmittää sen sisältä.
infrapunasäteet
Tämä sähkömagneettisen spektrin osa sisältää säteilyä, jonka aallonpituus on 1 millimetristä kahdeksaantuhanteen atomihalkaisijaan (noin 800 nm). Ihminen tuntee tämän spektrin osan säteet suoraan ihon kanssa - lämpönä. Jos ojennat kättäsi tulen tai kuuman esineen suuntaan ja tunnet siitä tulevan lämmön, havaitset infrapunasäteilyn lämpönä. Joillakin eläimillä (esimerkiksi kaivavilla kyykäärmeillä) on jopa aistielimiä, joiden avulla ne voivat paikantaa lämminverisen saaliin kehonsa infrapunasäteilyn avulla.
Koska useimmat Maan pinnalla olevat esineet lähettävät energiaa infrapuna-aallonpituusalueella, infrapunailmaisimilla on tärkeä rooli nykyaikaisissa havaintotekniikoissa. Pimeänäkölaitteiden infrapunaokulaarit mahdollistavat ihmisten "näkemisen pimeässä", ja niiden avulla voidaan havaita ihmisten lisäksi myös päivän aikana kuumenneita laitteita ja rakenteita, jotka luovuttavat lämpöään ympäristöön klo. yö infrapunasäteiden muodossa. Infrapunailmaisimia käytetään laajalti pelastuspalveluissa esimerkiksi elävien ihmisten havaitsemiseen raunioiden alla maanjäristysten tai muiden luonnon- ja ihmisen aiheuttamien katastrofien jälkeen.
näkyvä valo
Kuten jo mainittiin, sähkömagneettisten aaltojen aallonpituudet näkyvän valon alueella vaihtelevat kahdeksasta neljääntuhanteen atomihalkaisijaan (800-400 nm). Ihmissilmä on ihanteellinen työkalu tämän alueen sähkömagneettisten aaltojen tallentamiseen ja analysointiin. Tämä johtuu kahdesta syystä. Ensinnäkin, kuten todettiin, spektrin näkyvän osan aallot etenevät käytännössä esteettömästi ilmakehässä, joka on niille läpinäkyvä. Toiseksi Auringon pinnan lämpötila (noin 5000°C) on sellainen, että aurinkoenergian huippu on spektrin näkyvässä osassa. Näin ollen pääenergialähteemme säteilee valtavan määrän energiaa näkyvän valon alueella, ja ympärillämme oleva ympäristö on suurelta osin läpinäkyvä tälle säteilylle. Siksi ei ole yllättävää, että evoluutioprosessissa oleva ihmissilmä muodostui siten, että se kaappaa ja tunnistaa tämän tietyn osan sähkömagneettisten aaltojen spektristä.
Haluan vielä kerran korostaa, että näkyvien sähkömagneettisten säteiden alueella ei ole fysikaalisesta näkökulmasta mitään erityistä. Se on vain kapea kaistale laajassa säteilevien aaltojen kirjossa (katso kuva). Meille se on niin tärkeä vain siltä osin kuin ihmisaivot on varustettu työkalulla sähkömagneettisten aaltojen havaitsemiseen ja analysoimiseen tässä spektrin osassa.
Ultraviolettisäteilyltä
Ultraviolettisäteet sisältävät sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on useista tuhansista useisiin atomihalkaisijoihin (400-10 nm). Tässä spektrin osassa säteily alkaa vaikuttaa elävien organismien elintärkeään toimintaan. Esimerkiksi auringon spektrin pehmeät ultraviolettisäteet (aallonpituudet lähestyvät spektrin näkyvää osaa) aiheuttavat kohtalaisina annoksina rusketusta ja liiallisina annoksina vakavia palovammoja. Kova (lyhytaalto) ultravioletti on haitallista biologisille soluille, ja siksi sitä käytetään erityisesti lääketieteessä kirurgisten instrumenttien ja lääketieteellisten laitteiden sterilointiin, mikä tappaa kaikki niiden pinnalla olevat mikro-organismit.
Maan ilmakehän otsonikerros, joka absorboi suurimman osan auringon säteilyspektrissä olevista kovista ultraviolettisäteistä, suojaa kovan ultraviolettisäteilyn haitallisilta vaikutuksilta (katso otsoniaukko). Ilman tätä luonnollista kilpeä elämä maapallolla tuskin olisi laskeutunut valtamerien vesistä. Suojaavasta otsonikerroksesta huolimatta osa ankarista ultraviolettisäteistä saavuttaa maan pinnan ja voi aiheuttaa ihosyöpää erityisesti ihmisillä, jotka ovat luonnostaan alttiita kalpeutumiseen ja jotka eivät rusketa hyvin auringossa.
röntgenkuvat
Säteilyä, jonka aallonpituus vaihtelee useista atomihalkaisijoista useisiin satoihin atomiytimen halkaisijaihin, kutsutaan röntgensäteiksi. Röntgensäteet tunkeutuvat kehon pehmytkudoksiin ja ovat siksi välttämättömiä lääketieteellisessä diagnoosissa.
puutiainen. Kuten radioaaltojen tapauksessa, aikaero niiden löytämisen vuonna 1895 ja käytännön soveltamisen alkamisen välillä, jota leimasi ensimmäinen röntgenkuvan vastaanottaminen yhdessä pariisilaisista sairaaloista, oli vuosien kysymys. (On mielenkiintoista huomata, että sen ajan pariisilaiset sanomalehdet olivat niin syventyneet ajatukseen, että röntgensäteet voisivat tunkeutua vaatteisiin, että ne eivät raportoineet käytännössä mitään ainutlaatuisista lääketieteellisistä sovelluksistaan.)
gammasäteet
Sähkömagneettisen spektrin aallonpituudeltaan lyhyimmät ja taajuudeltaan ja energialtaan suurimmat säteet ovat y-säteet (gammasäteet). Ne koostuvat ultrasuurienergisista fotoneista, ja niitä käytetään nykyään onkologiassa syöpäkasvainten hoitoon (tai pikemminkin syöpäsolujen tappamiseen). Niiden vaikutus eläviin soluihin on kuitenkin niin haitallinen, että on huolehdittava siitä, ettei ympäröiviä terveitä kudoksia ja elimiä vahingoiteta.
Lopuksi on tärkeää korostaa vielä kerran, että vaikka kaikki edellä kuvatut sähkömagneettiset säteilytyypit ilmenevät ulkoisesti eri tavoin, ne ovat pohjimmiltaan kaksosia. Kaikki sähkömagneettiset aallot missä tahansa spektrin osassa ovat sähkö- ja magneettikenttien poikittaisia värähtelyjä, jotka etenevät tyhjiössä tai väliaineessa, ne kaikki etenevät tyhjiössä valon nopeudella c ja eroavat toisistaan vain aallonpituudeltaan ja sen seurauksena. , niiden kuljettamassa energiassa. On vain lisättävä, että nimeämieni alueiden rajat ovat luonteeltaan melko mielivaltaisia (ja muissa kirjoissa törmäät todennäköisesti hieman erilaisiin raja-aallonpituuksien arvoihin). Erityisesti pitkien aallonpituuksien mikroaaltosäteilyä kutsutaan usein ja oikeutetusti mikroaaltoradioaaltoiksi. Kovan ultraviolettisäteilyn ja pehmeän röntgensäteilyn sekä kovan röntgensäteiden ja pehmeän gammasäteilyn välillä ei ole selkeitä rajoja.
Spektroskopia
Kemiallisten alkuaineiden atomien esiintyminen aineessa voidaan tunnistaa emissio- tai absorptiospektrissä olevista tunnusomaisista viivoista
